JP2005170269A - 車両の車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 フロントサイドフレーム周辺の車体構造への応力集中の緩和及び車体の軽量化を図ると共にフロントサイドフレームの変形やエンジンに起因した振動を抑制して車両の操安性を高めることの出来る車両の車体構造を提供する。
【解決手段】 本発明は、フロントサスペンション２８がそれぞれ左右一対のフロントサイドフレーム２に取り付けられ、これらのフロントサイドフレームの前端部に車幅方向に延びるフロントバンパー３２が連結された車両の車体構造であって、フロントサイドフレームの前端部とフロントバンパーとの間に設けられフロントサイドフレームとフロントバンパーとを連結する粘弾性部材４２を有し、この粘弾性部材がフロントサイドフレームとフロントバンパーとの相対変位により粘弾性減衰力を生じる粘弾性減衰特性を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両の車体構造に係り、特に、フロントサスペンションがそれぞれ左右一対のフロントサイドフレームに取り付けられ、これらのフロントサイドフレームの前端部に車幅方向に延びるフロントバンパーが連結された車両の車体構造に係る。

自動車の車体は、走行時に路面からの力を受けて変形し、例えば、車体のフロアは、旋回時には主にねじり変形し、制動時や加速時には主に前後方向に曲げ変形する。
これらの車体の変形は車両の操安性に影響を与えるので、従来から、車体の各部を補強する補強部材を、エンジンルーム等のフロント周り、車室の周り及び後輪付近のリア周り等の車体の基本構造に設けて、自動車の車体の剛性を高めることが行われている。

このような補強部材として前輪又は後輪のサスタワー同士を連結して剛性を高めるサスタワーバーがある。このサスタワーバーは、金属等の弾性体で一体に構成された補強部材であり、補強部材の変形によるエネルギーが反発力として車体に作用するので、操縦安定性や乗心地性が損なわれるという問題があった。また、補強部材の変形量を小さく抑えるために補強部材の剛性を高めると、重量増加や取付部周辺の応力集中を招くという問題もある。
特許文献１には、このような補強部材が有する問題を解決するために、粘性減衰力を発生させるハイドロリックダンパーや粘弾性部材を備えた補強部材が提案されている。

特開２００２−２１１４３７号公報

一方、所望の車体剛性を確保しながら出来る限りの車体の軽量化を図るため、車体の各部の剛性及び強度を必要以上に高めすぎないように、補強部材の使用箇所や使用点数を限定したり、車体構成部材の断面寸法や板厚を最適に設計する必要がある。特にオープンカーやライトウェイトスポーツカー等においては、所望の車体剛性を確保すると共に軽量化を図ることが強く要請されている。

ここで、一般に、車体のエンジンルームを車体前後方向に延びる一対の所謂フロントサイドフレームには、エンジンやフロントサスペンションが取り付けられる。この一対のフロントサイドフレームは、フロントサスペンションからの入力により変形すると車両の操安性に悪影響を与える。また、フロントサイドフレームに伝達されたエンジンの振動が車室の床部分を構成するフロアパネルに伝わって騒音を増大させる。

一般に、この一対のフロントサイドフレームは、それらの前端部が、衝撃吸収部材（所謂クラッシュカン）を介して車幅方向に延びるフロントバンパーと互いに連結されて剛性を高められている。また、エンジンから伝達される振動による騒音を低減させるためにフロントサイドフレーム自体の剛性を高めたり、より大きなエンジンマウントを使用することもある。

しかしながら、このようにしてフロントサイドフレーム周りの剛性を局部的に大きく高めると、そのフロントサイドフレーム周りの車体構造、例えば、車体のピラー等の他の部材に応力が集中してクラックが発生して破損に至ってしまったり、車体の構造部品をつなぎ止めるスポット溶接が抜けてしまったりする。このため、応力が集中するような車体の部材の各所に補強部材を配置したり、上述したピラー等の剛性や強度を高めるために断面寸法を大きくしたり板厚を上げたりせざるを得ず、軽量化を達成することが困難であった。また、上述した騒音を低減するようにフロントサイドフレームの剛性を高める等すると、軽量化を達成することが困難であった。

そこで本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、フロントサイドフレーム周辺の車体構造への応力集中の緩和及び車体の軽量化を図ると共にフロントサイドフレームの変形やエンジンに起因した振動を抑制して車両の操安性を高めることの出来る車両の車体構造を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明は、フロントサスペンションがそれぞれ左右一対のフロントサイドフレームに取り付けられ、これらのフロントサイドフレームの前端部に車幅方向に延びるフロントバンパーが連結された車両の車体構造であって、フロントサイドフレームの前端部とフロントバンパーとの間に設けられフロントサイドフレームとフロントバンパーとを連結する粘弾性部材を有し、この粘弾性部材がフロントサイドフレームとフロントバンパーとの相対変位により粘弾性減衰力を生じる粘弾性減衰特性を有することを特徴とすることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、フロントサスペンションが取付けられたフロントサイドフレームの前端部とフロントバンパーとの間にそれらの相対変位により粘弾性減衰力を生じる粘弾性減衰特性を有する粘弾性部材が設けられているので、粘弾性部材により、主にフロントサスペンションからの入力により生じるフロントサイドフレームの変形エネルギが吸収（減衰）されると共にその変形が所定量許容される。さらに、粘弾性部材の変形による反力によりフロントサイドフレームの変形が抑制される。この結果、本発明によれば、フロントサイドフレーム周辺の車体構造への応力集中の緩和及び車体の軽量化を図ると共にフロントサイドフレームの変形やエンジンに起因した振動を抑制して車両の操安性を高めることが出来る。

また、本発明において、好ましくは、フロントサイドフレームは、その前端部に車体前後方向に延びる第１円筒状部材を有し、フロントバンパーは、フロントサイドフレームの第１円筒状部材に連結され車体前後方向に延びる第２円筒状部材を有し、第１円筒状部材及び第２円筒状部材は、これらの第１及び第２の円筒状部材間に設けられた粘弾性部材により相対回転可能に構成されている。
このように構成された本発明においては、フロントサイドフレームの第１円筒状部材及びフロントバンパーの第２円筒状部材が、これらの第１及び第２の円筒状部材間に設けられた粘弾性部材により相対回転可能に構成されているので、フロントサイドフレームが互いに車体上下方向に変形する際に、第１円筒状部材と第２円筒状部材が互いに相対回転することが出来る。その結果、本発明によれば、この相対回転と共に粘弾性部材が円周方向にせん断変形するので、フロントサイドフレームの変形エネルギが大きく減衰される。

また、本発明において好ましくは、フロントバンパーは、粘弾性部材を介してフロントサイドフレームに対して車体前後方向に変位可能に設けられ、粘弾性部材は、このフロントバンパーの変位により変形し粘性減衰力により車体前後方向の衝突エネルギを吸収するように構成されている。
このように構成された本発明においては、フロントサイドフレームに対するフロントバンパーの変位により粘弾性部材が変形し、その粘性減衰力により車体前後方向の衝突エネルギを吸収するので、車両の前方の障害物との衝突荷重が比較的小さい場合に、粘弾性部材によりその衝突エネルギを吸収することが出来る。

また、本発明において好ましくは、フロントサイドフレーム又はフロントバンパーは、これらのフロントサイドフレーム及びフロントバンパーを粘弾性部材と共に連結する車両の衝突時にそれ自身が変形して車体前後方向の衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収部を有する。
このように構成された本発明においては、障害物との衝突荷重が大きく、その衝突エネルギを粘弾性部材により吸収しきれない場合に、衝突エネルギ吸収部により衝突エネルギを吸収することが出来る。

また、本発明において好ましくは、粘弾性部材は、フロントバンパーと共に所定の周波数でダイナミックダンパーとして機能する弾性特性を有する。
このように構成された本発明においては、粘弾性部材は、フロントバンパーと共に所定の周波数でダイナミックダンパーとして機能する弾性特性を有するので、フロントサイドフレームの変形やエンジンに起因した振動を抑制すると共に、所定の周波数として、例えば、車体の二次振動やねじり振動の周波数の振動をさらに大きく抑制することが出来る。

本発明によれば、フロントサイドフレーム周辺の車体構造への応力集中の緩和及び車体の軽量化を図ると共にフロントサイドフレームの変形やエンジンに起因した振動を抑制して車両の操安性を高めることが出来る。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態による車両の車体構造を有する車体のアンダーボディ１を車体下方から見た平面図である。図１に示すように、本発明の実施形態による車両の車体構造を有する車体のアンダーボディ１は、車体の基本的な補強フレームとして、それぞれ車体前後方向に延びる一対のフロントサイドフレーム２、一対のサイドシル４、一対のフロアサイドフレーム６及び一対のリアサイドフレーム８と、それぞれ車幅方向に延びるＮｏ．１クロスメンバ１０、Ｎｏ．２クロスメンバ１２、Ｎｏ．３クロスメンバ１４、Ｎｏ．４クロスメンバ１６及びＮｏ．５クロスメンバ１８とを備えている。

アンダーボディ１は、さらに、上述した複数のフレーム部材に接続されたフロアパネル備え、このフロアパネル２０にはフロアトンネル２２が形成されている。このフロアパネル２０の車体前側の端縁部には、車室とエンジンルームを仕切るダッシュパネル２４の下端縁部がスポット溶接等により接合され、また、フロアパネル２０の車幅方向の両端側には、それぞれ、自動車のサイドボディ（図示せず）が取り付けられるようになっており、これらのダッシュパネル２４及びサイドボディは、車室を構成するピラーや天井部（図示せず）などに接続されている。

一対のフロントサイドフレーム２は、断面矩形状の中空部材で構成され、それらの車幅方向外方側には、それぞれ、サスタワー部２６が溶接等によって取付けられ、このサスタワー部２６にはフロントサスペンション２８が取付けられている。また、一対のフロントサイドフレーム２の車幅方向内方には、エンジン３４が取付けられている。一対のリアサイドフレーム８の車幅方向外方側には、それぞれリアサスタワー部３６が溶接等により取付けられ、これらのサスタワー部にはリアサスペンション３６が取付けられている。

次に、図２及び図３により、実施形態による車両の車体構造について説明する。図２は、本発明の実施形態による車両の車体構造を示す要部拡大平面図であり、図３は、図２のIII-III線に沿って見た断面図である。
図２及び図３に示すように、一対のフロントサイドフレーム２は、それぞれ、前端部２ａに取付けられた第１接続部材４０を有する。これらの第１接続部材４０は、断面矩形状のフロントサイドフレーム２の前端部に溶接により取付けられる取付け部４０ａとその取付け部に溶接され車体前後方向に前方に延びる円筒部４０ｂとを有する。これらの第１接続部材４０、後述する第２接続部材３０及び粘弾性部材４２により、フロントサイドフレームの前端部２ａとフロントバンパー３２とが連結される。

ここで、フロントサイドフレーム２は、フロントサスペンション２８からの入力により変形し、この変形により車体がねじり変形や曲げ変形して車両の操安性に悪影響を与える。これらのねじり変形や曲げ変形は、主に、１５乃至２５Ｈｚの振動を伴うことが知られている。本実施形態では、粘弾性部材４２により、フロントサイドフレーム２の変形が抑制されるようにしている。以下、粘弾性部材４２を含む車体前端部分の構造を具体的に説明する。

フロントバンパー３２は、車幅方向に延びる断面矩形状の中空部材で構成され、その両端部の車体後方側の側面に取付けられた第２接続部材３０を有する。これらの第２接続部材３０は、フロントバンパーの車体後方側の側面にその４隅がボルト（図示せず）で取付けられる取付け部３０ａと、この取付け部に溶接され車体前後方向に後方に延びる円筒状の衝突エネルギ吸収部３０ｂとを有する。この衝突エネルギ吸収部３０ｂは、車両がその前方の障害物に衝突したときにフロントバンパー３２が受ける衝撃エネルギを、衝突エネルギ吸収部自身が車体前後方向に座屈するように変形して、吸収するものであり、所謂クラッシュカンとして機能するようになっている。なお、フロントサイドフレーム２の第１接続部材４０をクラッシュカンとして機能させるように、又は、第１接続部材４０及び第２接続部材３０の両方をクラッシュカンとして機能させるように、各接続部材３０、４０を構成しても良い。

この第１接続部材４０及び第２接続部材３０は、それぞれ、第２接続部材の衝突エネルギ吸収部３０ｂの内方径ｄ１が第１接続部材の円筒部４０ｂの外方径ｄ２よりも大きくなるように形成され、衝突エネルギ吸収部３０ｂと円筒部４０ｂとの間に、車体前後方向に延びる円筒形状の粘弾性部材４２が設けられている。

粘弾性部材４２は、シリコン系又はジエン系の粘弾性材料（ビスコエラスティックマテリアル）からなり、その変形速度及び変形量に応じて所定の粘性減衰力及び反力を生じるものである。粘弾性材料固有の特性値としては、タンデルタ値（ｔａｎδ_K）が０．７乃至１．０のものである。また、粘弾性部材４２を各接続部材３０、４０に設けた状態での剛性値の実数成分（Ｋ'）及び虚数成分（Ｋ''）は、それぞれ、常温において約１５Ｈｚ乃至２５Ｈｚの範囲で１００乃至７００Ｎ／ｍｍ及び８０乃至５００Ｎ／ｍｍを示す。

粘弾性部材４２は、第２接続部材の衝突エネルギ吸収部３０ｂの内周面と第１接続部材の円筒部４０ｂの外周面とにそれぞれ接着されて、フロントサイドフレーム２とフロントバンパー３２とを連結し、フロントサイドフレーム２とフロントバンパー３２との相対変位により変形して粘性減衰力及び反力を生じるようになっている。

また、第１接続部材の円筒部４０ｂ及び第２接続部材の衝突エネルギ吸収部３０ｂは、それぞれ円筒状に形成されており、フロントサイドフレーム２とフロントバンパー３２とは、それらの間に設けられた粘弾性部材４２が円周方向にせん断変形することにより相対回転可能になっている。

また、粘弾性部材４２及びフロントバンパー３２は、粘弾性部材４２の有する特性のうちの弾性の特性と、フロントバンパー３２の質量としての特性によりバネマス系を構成して、所定の周波数でダイナミックダンパーとして機能するようになっている。本実施形態では、主に、車体全体の長手方向の曲げ振動（所謂、車体の二次振動）及び車体のねじり振動の共振周波数である２０Ｈｚ付近（約１５Ｈｚ〜２５Ｈｚ）でダイナミックダンパーとして機能するようになっている。

また、第２接続部材の衝突エネルギ吸収部３０ｂの後端部３０ｃがフロントサイドフレーム４０の前端部、本実施形態では接続部材の取付け部４０ａに対し離間しており、フロントバンパー３２が、粘弾性部材４２を介してフロントサイドフレーム２に対して車体前後方向に変位可能になっている。このようにして、フロントバンパー３２が、フロントサイドフレーム２に近づくような車体前後方向の相対変位により、粘弾性部材４２が車体前後方向にせん断変形して車両の前方障害物との衝突エネルギが吸収されるようにしている。

次に、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態では、粘弾性部材４２が、フロントサイドフレーム２とフロントバンパー３２との相対変位により変形して粘性減衰力及び反力を生じるようになっている。具体的には、粘弾性部材４２により、フロントサスペンション２８からの入力により生じるフロントサイドフレーム２の変形エネルギが吸収（減衰）されると共にその変形が所定量許容される。さらに、粘弾性部材４２の変形による反力によりフロントサイドフレーム２の変形が抑制される。従って、フロントサイドフレーム２の剛性を大きく高めることなく、フロントサイドフレーム２の変形を抑制して、車両の操安性を高めることが出来る。

特に、それぞれ円筒状に形成された第１接続部材の円筒部４０ｂ及び第２接続部材の衝突エネルギ吸収部３０ｂの間に粘弾性部材４２が設けられているので、フロントサイドフレーム２の接続部材４０とフロントバンパー３２の第２接続部材３０とが相対回転し易くなっている。例えば、片側のフロントサスペンションが路面の凹凸により上下動したり、旋回時に左右のフロントサスペンションにかかる荷重が異なる場合等、図４の矢印Ａで示すように左右のフロントサイドフレーム２が互いに車体上下方向に変形するときには、フロントサイドフレーム２の第１接続部材４０とフロントバンパー３２の第２接続部材３０とが相対回転して粘弾性部材４２が円周方向にせん断変形し、フロントサイドフレームが互いに車体上下方向に変形するエネルギが大きく減衰される。

また、フロントサイドフレーム２に取付けられたエンジン３４の振動が、粘弾性部材４２により減衰され、フロントサイドフレーム２からフロアパネル２０に伝達される振動が低減して、車室内の騒音が低減する。
さらに、フロントサイドフレーム２に対して、粘弾性部材４２及びフロントバンパー３２がダイナミックダンパーとして機能するようになっているので、車体の二次振動やねじり振動等の所定の周波数の振動を抑制することが出来る。

さらに、第２接続部材の衝突エネルギ吸収部３０ｂの後端部３０ｃがフロントサイドフレーム２に対し離間しているので、車両がその前方の障害物に衝突する際に、フロントバンパー３２が受ける車体前後方向の衝撃力により、まず、フロントバンパー３２がフロントサイドフレーム２に近づくように相対変位し、粘弾性部材４２がそのような相対変位により車体前後方向にせん断変形することで衝突エネルギを吸収する。その後、衝突エネルギ吸収部３０ｂの後端部３０ｃが、フロントサイドフレーム２、本実施形態ではフロントサイドフレームの前端部２ａに設けられた第１接続部材４０に当接して、衝突エネルギ吸収部３０ｂが車体前後方向に座屈するように変形し、衝突エネルギが大きく吸収される。従って、例えば、車両の障害物との衝突荷重が比較的小さい場合には、衝突エネルギ吸収部３０ｂを変形させることなく、粘弾性部材４２によりその衝突エネルギを吸収することが出来る。さらに、衝突荷重が比較的大きく、その衝突エネルギを粘弾性部材４２により吸収しきれない場合には、衝突エネルギ吸収部３０ｂにより衝突エネルギを吸収することが出来る。

本発明の実施形態による車両の車体構造を有する車体のアンダーボディを車体下方から見た平面図である。 本発明の実施形態による車両の車体構造を示す要部拡大平面図である。 図２のIII-III線に沿って見た断面図である。 本発明の実施形態による車両の車体構造を示す要部拡大斜視図である。

符号の説明

１ 車体のアンダーボディ
２ フロントサイドフレーム
２８ フロントサスペンション
３０ 第２接続部材
３２ フロントバンパー
３４ エンジン
４０ 第１接続部材
４２ 粘弾性部材

Claims (5)

1. フロントサスペンションがそれぞれ左右一対のフロントサイドフレームに取り付けられ、これらのフロントサイドフレームの前端部に車幅方向に延びるフロントバンパーが連結された車両の車体構造であって、
   上記フロントサイドフレームの前端部と上記フロントバンパーとの間に設けられ上記フロントサイドフレームと上記フロントバンパーとを連結する粘弾性部材を有し、この粘弾性部材が上記フロントサイドフレームとフロントバンパーとの相対変位により粘弾性減衰力を生じる粘弾性減衰特性を有することを特徴とする車両の車体構造。
2. 上記フロントサイドフレームは、その前端部に車体前後方向に延びる第１円筒状部材を有し、上記フロントバンパーは、上記フロントサイドフレームの第１円筒状部材に連結され車体前後方向に延びる第２円筒状部材を有し、上記第１円筒状部材及び第２円筒状部材は、これらの第１及び第２の円筒状部材間に設けられた上記粘弾性部材により相対回転可能に構成されている請求項１記載の車両の車体構造。
3. 上記フロントバンパーは、上記粘弾性部材を介して上記フロントサイドフレームに対して車体前後方向に変位可能に設けられ、上記粘弾性部材は、このフロントバンパーの変位により変形し粘性減衰力により車体前後方向の衝突エネルギを吸収するように構成されている請求項１又は請求項２記載の車両の車体構造。
4. 上記フロントサイドフレーム又は上記フロントバンパーは、これらのフロントサイドフレーム及びフロントバンパーを上記粘弾性部材と共に連結し車両の衝突時にそれ自身が変形して車体前後方向の衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収部を有する請求項３記載の車両の車体構造。
5. 上記粘弾性部材は、上記フロントバンパーと共に所定の周波数でダイナミックダンパーとして機能する弾性特性を有する請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の車両の車体構造。

Images